Спосіб дискретного керування електромагнітним підвісом обертових роторів

Спосіб дискретного керування електромагнітним підшипником, який полягає в тому, що вибирають величину напруги на котушки з обмотками керування, визначають факт проходження опорних шийок ротора через зафіксований рівень відхи C2 2 (19) 1 3 77665 4 йнятий за нульовий, і подають або знімають награничних значень різниці струмів у діаметрально пруги на котушки з обмотками керування. Необхідпротилежних котушках з обмотками керування, на твердість регулювання досягається за рахунок через кожен однаковий проміжок часу визначають використання керуючих обмоток з малими постійструми у всі х котушках з обмотками керування, у ними часу. Датчики положення використовують у напрямках керованих ступенів свободи усі відхидискретному режимі для контролю відхилення від лення від нульового рівня і швидкості руху шийок нульового рівня без реєстрації величини неузгоротора, при переході ротора через один з m рівнів, дженості, а також напрямку руху ротора. Енергія, формують вектор керуючих впливів, що складащо надається ротору, що вивішується, пропорційється з бінарних компонентів, впливають компонена часу впливу електромагнітної сили. У результантами вектора на виконавчий пристрій, що у відті ротор здійснює коливальний рух навколо нульоповідності зі значеннями бінарних компонентів вого рівня. Амплітуда і частота цього руху вектора керуючих впливів одночасно подає або залежить від загальної постійної часу системи резнімає напруги на всі котушки з обмотками керугулювання і живлення електромагнітів. вання. Цей спосіб має наступні недоліки: Запропонований спосіб і реалізуючий його 1. Вузький діапазон стійкості системи автомапристрій показаний на фіг.1-5. тичного керування через наявність тільки однієї На фіг.1 показана узагальнена схема взаємноступіні регулювання (при проходженні ротора чего розташування ротора з двома магнітними опорез середнє положення ротора в зазорі) і відсутрами. ність пропорційних регулюючи х ланцюжків. Це На фіг.2 представлений ескіз поперечного пеможе привести до хитливого р уху ротора, особлиреріза магнітної опори. во, при випадковому характері зовнішніх збурююНа фіг.З дана схема розбивки зазору в одному чих впливів, а також, коли ротор знаходиться в з напрямків керованого поступального ступеня газовому середовищі (повітря, вуглекислий, палисвободи. вний гази і т.п.) чи в інших випадках, коли система На фіг.4 представлена загальна логічна блокв цілому характеризується слабкою демпфіруюсхема алгоритму вибору керуючи х впливів при чою здатністю. імпульсному живленні котушок з обмотками керу2. Подорожчання всієї системи керування і вання в одному з напрямків керованого поступапідвищених енергетичних витрат за рахунок наявльного ступеня свободи. ності котушок підмагнічування і котушок регулюНа фіг.5 представлена логічна блок-схема алвання, що вимагають два гальванічне розв'язаних горитму вибору керуючих впливів при переході джерел живлення для кожного полюса з індивідучерез один з фіксованих рівнів відхилення від нуальним регулюванням струму підмагнічування на льового рівня. всіх 16 котушках (у випадку дво хопорного ротора), Опис пропонованого способу сумісний з опи3. Застосування низьковольтних джерел живсом пристрою для його реалізації. Пристрій являє лення зі споживаним струмом у сотні амперів для собою електромеханічну систему, що складається забезпечення необхідного зусилля притягання з ротора 1 (фіг.1) і К (К=2,3...)магнітних опор 2. До електромагнітів знижує КПД системи електроживскладу магнітних опор 2 входять котушки з обмотлення котушок з обмотками регулювання через ками керування 3. Конструкція всіх магнітних опор необхідність, щоб котушки регулювання мали дуже 2 однакова. Магнітна опора 2 (фіг.2) складається зі малу постійну часу, а значить і малу індуктивстатора 4 і опорної шийки 5 ротора 1. Статор 4 у ність.),. [5. Таев И.С. Электрические аппаратьі вигляді кільцевого магнітопроводу 6 з 8k (к=1,2...) автоматики й управлення. Учебн. пособие для рівномірно розташованими по окружності полюсавтузов. М., “Высш. школа", 1975., с. 64 формула ми 7,8,9, на яких установлено по одній котушці з 2.34]. обмоткою керування 3. Кожна суміжна пара котуМетою пропонованого винаходу є підвищення шок з обмотками керування 3 при подачі напруги швидкодії, розширення діапазону стійкості системи має протилежно намагнічені полюси 7, 8,(N,S), а автоматичного регулювання стосовно різних вплинамагніченість суміжного полюса 9 (S) від наступвів, що обурюють, для створення економічної саної пари котушок з обмотками керування 3 однакомонастроювальної системи регулювання. ва. На опорній шийці 5 ротора 1 розташований Поставлена мета досягається тим, що у відомагнітопровод 10 у вигляді феромагнітного кільця мий спосіб [4]. дискретного керування електромагз зазором щодо полюсів статора 4. Через геометнітним підшипником, що полягає в тім, що вибиричний центр осьової симетрії поперечного перерають величину напруги на котушки з обмотками різа статора 4 проходить система координат 11 керування, визначають факт проходження опорних (x,y,z). Вісь z показана на фіг.1. шийок ротора через зафіксований рівень відхиНа фіг.3 дана схема розбивки зазору між зовлення щодо осі статора, прийнятого за нульовий, і нішньою циліндричною поверхнею магнітопровода подають або знімають напруги на котушки з обмо10 опорної шийки 5 ротора 1 і полюсами кільцевотками керування, уводять нові операції, а саме: го магнітопровода 6 у вертикальному напрямку. підбором індуктивності котушок домагаються того, Позначений штрих-пунктирною лінією рівень 12 щоб підйом ротора з крайнього нижнього половідхилення щодо осі 13 статора 4 прийнятий за ження у крайнє верхнє відбувався до закінчення нульовий. У загальному випадку він може не збіганаростання струму в котушках з обмотками керутися з віссю 13 системи координат 11. Фіксовані вання, спеціальним образом вибирають і задають рівні 14 відхилень щодо осі 13 статора 4, обрані за m фіксованих рівнів відхилень від нульового рівня, спеціальною методикою, позначені суцільними 2m величин швидкостей руху шийок ротора, 2m тонкими лініями. Штриховими лініями 15 і 16 по 5 77665 6 значені границі зазору, лініями 17,18 позначені yn - n-тий фіксований рівень відхилення шийки крайні фіксовані рівні. 5 ротора 1 від нульового рівня 12 у напрямку одніСпосіб здійснюється таким чином. Вибирають єї з поступальних ступенів свободи, величину напруги u0, подаваного на котушки з обVmaxn, Vminn - n-ті фіксовані рівні швидкостей мотками керування 3. Індуктивність котушок з обруху шейки 5 ротора 1 у позитивному і негативномотками керування З підбирають так, щоб підйом му напрямках відповідно, шийки 5 ротора 1 із крайнього нижнього положеніmax n - n-те фіксоване максимальне граничне ня в крайнє верхнє відбувався до закінчення нарозначення різниці струмів у діаметрально протилестання струму в котушці з обмоткою керування 3. жних котушках з обмотками керування 3, Вибирають і задають: іmin n - n-те фіксоване мінімальне граничне знаm фіксованих рівнів 14 (фіг.3) відхилень від чення різниці струмів у діаметрально протилежних нульового рівня 12, котушках з обмотками керування 3, m фіксованих значень швидкостей руху шийок i1, i2 - струми відповідно у верхній і нижній па5 ротора 1 у позитивному напрямку керованого рах котушок з обмотками керування 3 (найближчих поступального ступеня свободи, до осі y). m фіксованих швидкостей руху шийок 5 ротора x1 , x2 - вихідні сигнали системи керування, во1 у негативному напрямку керованого поступальни ж бінарні компоненти вектора керуючих впливів ного ступеня свободи, (x1=x2,=1 - відповідає подачі на нижні і верхні коm фіксованих максимальних граничних знатушки з обмотками керування 3 живильного напручень різниці струмів у діаметрально протилежних ги u0, x1=x2,=0 відповідає відключенню нижніх і котушках з обмотками керування 3, верхніх котушок з обмотками керування 3). m фіксованих мінімальних граничних значень Для будь-якого керованого поступального стурізниці струмів у діаметрально протилежних котупеня свободи послідовність операцій однакова. шках з обмотками керування 3, Зміна стану діаметрально протилежних котушок з Вибір фіксованих рівнів 14 можна здійснювати обмотками керування 3 відбувається на декількох двома шляхами: (наприклад, одинадцятьох) попередньо заданих використанням математичної теорії оптимізації рівнях відхилень 14 шийки 5 ротора 1 щодо нульо[6. Г.Реклейтис, Рейвиндран А., Рзгсдел К. Оптивого рівня 12 у напрямку однієї з поступальних мизация в технике. В 2-х кн. Кн.2. Пер. с англ. - М. ступенів свободи. Мир, 1986.- с.53], коли вибір необхідних рівнів обПри положенні шийки 5 ротора 1 між обраними числюється з умов мінімуму середньоквадратичрівнями стан котушок з обмотками керування 3 не ного відхилення шийок 5 ротора 1 від нульового змінюється. рівня 12 за заданого проміжку часу, При переході шийки 5 ротора 1 з одного інтервибором монотонних і однозначних функціовалу між рівнями в інший, відбувається перехід нальних залежностей, що містять постійні коефіцісистеми керування в один з чотирьох можливих єнти і функцію номера рівня. станів (фіг.5) у відповідності з наступними чотирма yn=a[f(bn+c)]s+d, бінарними векторами керуючих впливів (компонеде f(n) функція цілочисельного аргументу n, де нти таких векторів складаються з нулів і одиниць): Вектор W1T={X1=1, X2=0,} n = 1 ¸ m - номер рівня 14 (фіг.3), a, b, c, d, s - коеВектор W2T={X1=0, X2=1,}, фіцієнти (a, b, c, d - раціональні числа, s - натураВектор W3T={X1=0, X2=0,}, льне число). Вектор W4 ={ X1=1, Х2=1,}, де T - знак транспоДо функцій f(n), що відповідають вимогам, що нування вектора в рядок накладається на функціональну залежність, можна Через кожен фіксований проміжок часу визнавіднести: x, sin, cos, tan,sinh, tanh, log,-log. Такий чають струми у всі х котушках з обмотками керуспосіб дозволяє знизити кількість коефіцієнтів, що вання 3, а в напрямках керованих ступенів свобопідлягають вибору, і спростити алгоритм їхнього ди усі швидкості руху шийок 5 ротора 1 і оптимального пошуку з умов мінімуму середньовідхилення від нульового рівня 12. При переході квадратичного відхилення шийок 5 ротора 1 від шийки 5 ротора 1 через один з m рівнів, формують нульового рівня 12. вектор керуючих впливів, що складається з, бінарАналогічно вибираються 2m величин швидконих компонентів, і впливають його компонентами стей руху шийок 5 ротора та 2m граничних значень на виконавчий пристрій, що у відповідності зі знарізниці струмів у діаметрально протилежних котученнями бінарних компонентів вектора керуючих шках з обмотками керування 3. впливів одночасно подає або знімає напруги на всі Послідовність операцій при роботі системи кекотушки з обмотками керування 3. рування в напрямку однієї з керованих поступальТому що при цифровому аналізі стану ротора них ступенів свободи показана на фіг.4, 5 у вигляді 1 зі струмами в котушках з обмотками керування 3, графа, навантаженого по дугах (7. Вельбицкий відхиленнями і швидкостями шийок 5 ротора 1, И.В. Технология программирования. -.К.: Техника, переведених у цілочисельну цифрову форму, про1984 - с.15.) водяться тільки швидкодіючі логічні операції, то На фіг.4,5 прийняті наступні позначення: для одержання вектора керуючих впливів можливе d j - поточне відхилення шийки 5 ротора 1 від використання мікропроцесорів з відносно низькою нульового рівня 12 у напрямку однієї з поступальтактовою частотою (64МГц і більш). них ступенів свободи, Швидкість наростання напруг на включених Vj - поточна швидкість руху шийки 5 ротора 1 у котушках з обмотками керування З обмежується напрямку j-того керованого ступеня свободи, часом відкриття транзисторних ключів у пристрої 7 77665 8 керування, виконаному, наприклад, за схемою типу. Регулювання жорсткості опор 2 забезпечумогутнього підсилювального каскаду [2. В.Г. Гусев, ється зміною часу одночасної роботи Ю.М. Гусев, Электроника: Учеб. пособие, - 2-еизд. діаметрально протилежних котушок з обмотками перераб. и доп. - М.: Высш. шк. 1991. - с. 307), керування 3. (пристрій керування на фігурах не показано]. Ця До додаткових переваг пропонованого способу швидкість незмірно більше швидкості наростання дискретного керування електромагнітним підвісом струму в котушках з обмотками керування 3, тому обертових роторів можна віднести наступне: виникає можливість при дискретній роботі системи Економічність системи керування за рахунок керування, відносно плавно регулювати стр ум у застосування імпульсного живлення котушок з котушках з обмотками керування 3. Регулювання обмотками керування 3, тому що реалізація такого величини струму в котушках з обмотками керуванживлення забезпечується використанням економіня 3 забезпечується часом утримання керуючої чних транзисторних імпульсних підсилювачів понапруги на котушках з обмотками керування 3. тужності, що працюють у режимі насичених ключів. Абсолютні величини точності і плавності регулю[2. В.Г. Г усев, Ю.М. Г усев, Электроника: Учеб. повання токів визначаються швидкістю наростання собие, - 2-еизд. перераб. и доп. - М.: Высш. шк. струму за час між дискретними актами відліку по1991. - C. 505]. Економічність системи керування ложення шийок 5 ротора 1. Відносні величини точще більше підвищується через відсутність котушок ності і плавності регулювання струму змінюються в з обмотками підмагнічування, тому що відпадає міру наростання струму в котушках з обмотками необхідність в окремих блоках живлення для них. керування 3. Таким чином, система керування має Можливість настроювання системи керування властивості пропорційного регулятора [8. У.Титце, в процесі проектування і доведення методами маЛ.Шенк, Полупроводниковая схемотехника: Спратематичної теорії оптимізації дозволяє створити вочное руководство. Пер. с нем. - М.: Мир, 1982.процедури автоматичного підстроювання системи с.480], що підви щує її стійкість у порівнянні з рекерування в процесі експлуатації на натурному лейною однорівневою системою керування протороторі в реальному масштабі часу. 9 77665 10 11 Комп’ютерна в ерстка Г. Паяльніков 77665 Підписне 12 Тираж 26 прим. Міністерство осв іт и і науки України Держав ний департамент інтелектуальної в ласності, вул. Урицького, 45, м. Київ , МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислов ої в ласності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601